十九世纪的最后三天，法国的化学学家聚首一堂，迎接新世纪的将至。知名的科学家开尔文爵士惊呼于数学学的伟大成就，自豪地宣布数学学的研究早已走到尽头。
开尔文如此说，是由于在哪个时代，精典热学通过牛顿、拉格朗日、拉普拉斯等人的贡献早已清楚的解释了物体之间的互相作用和天体运行规律，麦克斯韦电磁等式组将电与磁完美的统一上去，热力学统计数学可以解释分子的运动规律，如同数学学早已完全成熟了，没有哪些重大的理论问题须要解决。之后的化学学家只须要将数学常数的精度提升几位就可以了。
然而，开尔文同时也说：“在数学学放晴的天空中，还飘着两朵令人不安的乌云。”他所说的这两朵乌云其二是指宋体幅射问题中实验结果与理论不符合，另一朵是指找寻光的参考系-以太的麦克尔孙莫雷实验的失败。
恰恰是这两朵乌云，发展成为二十世纪数学学最伟大的两个发觉：量子热学和相对论的诞生。人类认识到自己探求自然的公路还很漫长。
明天开始我将连载量子热学系列科普内容，明天是第一期《量子热学的开端》。
宋体
为了理解量子量子物理学，我们首先介绍一下宋体。化学研究发觉：一切物体都在吸收、反射和幅射电磁波。假如一个物体只吸收和幅射电磁波，不反射电磁波，这个物体就称为宋体。诸如太阳就可以看作一个宋体，由于太阳的幅射非常强，幅射的电磁波硬度远远小于反射的电磁波。
人们经过研究发觉，宋体幅射的情况与物体的气温有关。
图中纵座标是单位波长单位面积幅射功率量子物理学，横座标是波长。我们通过这个图可以发觉两个推论：
第一：物体气温越高，幅射硬度越大。宋体单位面积幅射能量与湿度的四次方成反比，称为斯特番-波尔兹曼定理。人们按照这个规律估算了太阳表面水温大概是6000K。
第二，物体气温越高，幅射硬度最大处的波长越短，称为维恩位移定理。例如炙热的石块会发光，但是气温不同时，颜色也不同。有经验的铁匠可以按照石块的颜色判定石块的体温。
紫外灾难
然而，这两个定理都是实验规律，怎么从理论上解释呢?
卡文迪许实验室处长瑞利从精典电动热学出发，推导入一个宋体幅射公式，即瑞利-金斯公式。
不过，这个公式并不能符合实验结果。只有在波长比较大的时侯，公式才与实验结果符合，在波长较小时，公式与实验结果误差很大。
最可怕的是：当波长趋近于零时，瑞利公式的结果发散，幅射硬度无穷大，这似乎是很愚蠢的。人们难以调和理论和实验结果，并把这个问题称为“紫外灾难”（这是由于紫外是比可见光波长更短的光，表示波长短时实验结果与理论值不符）。
普朗克和量子
为了解释这个问题，许多化学学家提出了自己的看法。最成功的是英国科学家普朗克。以下是普朗克学习化学过程中容貌变化图。
普朗克在1900年提出：为了解释宋体幅射现象，必须作出一定的假定，这种假定可能与人们熟悉的数学学规律不同：
震动的带电粒子能量是一份一份的，每一份的能量都与震动频度有关，称为一个能量子，或简称为量子。
根据这个假定，普朗克推导入了宋体幅射的普朗克公式。
这个公式与实验结果符合的特别好，宋体幅射问题得到完美解决。并且，许多化学学家并不能完全理解量子的概念，这与精典数学学的冲突致使科学界仍然不能完全相信普朗克的假定。直至十八年后，普朗克才获得诺贝尔奖。
然而，能量子的概念提出后，许多化学学家借用这个概念得出了丰硕的成果。诸如1905年，爱因斯坦借用普朗克的观点解释了光电效应实验，并获得了诺贝尔奖。
如今人们认识到：量子热学是统治微观领域的数学规律，它与宏观世界满足的规律不同。牛顿定理统治着宏观低速世界，量子热学主宰着原子量级的微观世界，而在高速时，我们又须要求救于相对论了。科学越发展，就越会发觉更多未知的世界。正如牛顿所说：
“我似乎是一个在海滩嬉戏的儿子，不时为拾到比一般更光滑的沙子或更美丽的贝壳而欢欣鼓舞，而凸显在我面前的是完全未探明的真理的海洋。”